LNG冷能利用技術(shù)的進(jìn)展和期望

魏子剛　劉橋

[摘? ? 要]隨著我國能源資源以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的綜合發(fā)展現(xiàn)狀，天然氣在我國的能源資源應(yīng)用中的比重在不斷提高，液化后天然氣的運(yùn)輸和儲存也得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，國內(nèi)液化天然氣冷能的綜合利用是一個(gè)新興和不斷發(fā)展的領(lǐng)域，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域也在迅速發(fā)展。LNG冷能的級聯(lián)利用是目前最有效的冷能利用形式，級聯(lián)利用LNG冷能提高冷能利用率，是當(dāng)前我國節(jié)能環(huán)保的重要手段之一。

[關(guān)鍵詞]LNG;冷能;技術(shù)

[中圖分類號]TE646 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）06–000–03

Progress and Expectations of LNG Cold Energy Utilization Technology

Wei Zi-gang，Liu Qiao

[Abstract]With the comprehensive development of my country's energy resources and social economy， the proportion of natural gas in the application of energy resources in my country is constantly increasing， and the transportation and storage of natural gas after liquefaction have also been widely used. At present， the comprehensive utilization of domestic LNG cold energy is an emerging and continuously developing field， and related technical fields are also developing rapidly. The cascade utilization of LNG cold energy is currently the most effective form of cold energy utilization. The cascade utilization of LNG cold energy to improve the utilization rate of cold energy is currently one of the important means of energy conservation and environmental protection in my country.

[Keywords]LNG; cold energy; technology

近年來，我國頒布了一系列節(jié)能減排政策，越來越重視高效節(jié)能、清潔能源的使用。LNG具有不少的優(yōu)點(diǎn)，不僅儲運(yùn)方便，而且是目前最清潔的化石能源，具有極大的節(jié)能減排和提高能源經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)勢，對LNG冷能回收利用技術(shù)的研究已成為支持我國LNG產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的重要手段。從目前的情況來看，國內(nèi)外對液化天然氣冷能利用的研究成果仍然相對有限，冷能大多數(shù)僅用于冷藏、干冰制備和發(fā)電等單一技術(shù)方面，綜合利用效率有限。當(dāng)前，許多科學(xué)家仍在對LNG冷能利用進(jìn)行研究，已經(jīng)取得了一定的成果，值得學(xué)習(xí)和借鑒，以縮短我國在天然氣冷能利用與其他國家的差距，進(jìn)一步提高LNG冷能利用技術(shù)的綜合利用水平。

1 利用原理和應(yīng)用價(jià)值

（1）由于周圍環(huán)境的溫度和壓力與LNG的溫度和壓力之間的差異，通過在LNG的轉(zhuǎn)化過程中從轉(zhuǎn)化過程中回收和存儲能量，可以實(shí)現(xiàn)LNG的冷卻。在實(shí)際應(yīng)用中，LNG轉(zhuǎn)化后可以與周圍環(huán)境達(dá)到平衡，借助能流公式，計(jì)算出轉(zhuǎn)化的最大效能和有用功。同時(shí)，分析系統(tǒng)壓力和環(huán)境溫度，合理控制總制冷火用和液化天然氣壓力。液化天然氣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，在液化天然氣降溫轉(zhuǎn)化的過程中，如果能夠?qū)崿F(xiàn)充分的電能轉(zhuǎn)化，那么每噸天然氣將會(huì)釋放非常高的冷能供以使用，具有非常高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此外，如果能夠?qū)崿F(xiàn)通過液化天然氣冷能的級聯(lián)利用，可以相應(yīng)減少對石油、煤炭等資源的需求和利用，進(jìn)而緩解對其他能源的需求，緩解能源緊張和不足的問題。由于LNG冷能資源的清潔特征，具有傳統(tǒng)能源不具備的清潔的特征，與當(dāng)前我國實(shí)行綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo)是吻合的，具有很高的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

（2）液化天然氣冷能利用的現(xiàn)狀，液化天然氣冷能的回收利用主要包括直接形式和間接形式2種形式。其中，海水淡化、低溫發(fā)電和干冰制造是回收和利用的直接形式。間接利用的方法包括在空氣分離后將液氮，液氧和液氬進(jìn)行低溫破碎，以及冷凍食品。根據(jù)2種不同的回收利用方式會(huì)采取不同的循環(huán)系統(tǒng)利用方式，天然氣冷能利用會(huì)進(jìn)一步改善動(dòng)力系統(tǒng)來提高冷能利用過程的發(fā)電量。有些天然氣冷能利用則是使用相對獨(dú)立的低溫動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電。比如，直接膨脹，二次制冷劑等循環(huán)方法。冷能利用還可以用于空氣液化和分離，這種分離技術(shù)具有一定的優(yōu)越性，有利于降低過程中的能量消耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更一步的能源節(jié)約目的。當(dāng)前，有我國市場上很多方法可以用于LNG進(jìn)行空氣分離的內(nèi)容。例如，LNG冷卻循環(huán)空氣的天然氣發(fā)電系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的冷庫使用多級壓縮式制冷設(shè)備造成了很大的功率損耗。在冷庫中使用回收的LNG冷能有利于消除對冰箱的需求，進(jìn)而節(jié)省了大量的初期投資和運(yùn)營成本以及大量電力，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。如圖1所示。

2 冷能利用問題

（1）當(dāng)前，我國冷能利用進(jìn)展緩慢，利用方法也較為單一。盡管目前液化天然氣冷能利用的范圍非常廣泛，但是許多項(xiàng)目仍在計(jì)劃和建設(shè)中，并且實(shí)施項(xiàng)目不能適應(yīng)儲藏和分配站的運(yùn)行。由于技術(shù)上的限制，LNG冷能的開發(fā)利用不夠全面，LNG冷能的利用方法非常單一，而且利用效率也很低。

（2）冷能利用供氣技術(shù)相對落后。天然氣冷能技術(shù)使用之前，需要使用低溫泵來增加液化天然氣的壓力，然后通過加熱和氣化技術(shù)將天然氣加工到管道網(wǎng)絡(luò)中。通過一定數(shù)量的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)過程，能夠看到當(dāng)LNG達(dá)到大于8 MPa的壓力時(shí)，大約2/3的冷能可以轉(zhuǎn)化為壓力。然而，由于目前的冷能利用工藝技術(shù)還不夠先進(jìn)，資源無法在轉(zhuǎn)化過程中得到充分利用，就容易產(chǎn)生大量的能源資源浪費(fèi)，降低了利用率，不利于實(shí)現(xiàn)冷能技術(shù)利用的初衷。

（3）LNG儲配站和衛(wèi)星站的總體配置與用戶需求之間存在差異和不足。天然氣的使用需求會(huì)受一定時(shí)間節(jié)點(diǎn)的影響，與晝夜變化和季節(jié)密切相關(guān)，并隨晝夜變化而波動(dòng)，這導(dǎo)致存儲和存儲的氣化負(fù)荷需求發(fā)生較大變化。然而下游氣體需求與冷卻能用戶冷能利用的需求存在出入，具有一定的困難。此外，LNG儲配站的設(shè)計(jì)和規(guī)劃也存在很大問題。比如，儲配站的地理位置是否便利，數(shù)量規(guī)劃是否存在問題，這些問題看似普通，其實(shí)會(huì)對冷能利用的實(shí)際的大規(guī)模推廣具有重要意義。

3 冷能利用技術(shù)的發(fā)展

作為高級的低溫能源資源類型，在國內(nèi)的利用已成為現(xiàn)實(shí)，在國外由于開始較早，冷能的利用水平似乎更高，有些經(jīng)驗(yàn)值得借鑒和學(xué)習(xí)。近年來，我國從國外進(jìn)口了大量的液化天然氣，其研究人員還利用液化天然氣冷能進(jìn)行了廣泛而深入的研究。其中，利用LNG冷能進(jìn)行空分已開發(fā)出了完備的知識產(chǎn)權(quán)和技術(shù)，并得到了一定的工業(yè)化發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了小具規(guī)模的工程應(yīng)用階段。但是，我國的冷能利用仍然存在一些問題。例如，LNG冷能供應(yīng)利用綜合效率交低，冷能發(fā)電普及難度大等問題。

同時(shí)，由于我國冷能利用工業(yè)發(fā)展緩慢，低溫碎橡膠和干冰的粉碎下游需求和對投資收益的限制沒有引起足夠的重視。因此，需要學(xué)習(xí)和借鑒外國的一些冷能利用技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，不斷促進(jìn)我國冷能利用技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)冷能利用的普及和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。此外，對于能源資源的開發(fā)和利用離不開政府政策的支持。因此，政府應(yīng)從政策層面引導(dǎo)和鼓勵(lì)建設(shè)天然氣冷能利用產(chǎn)業(yè)，加速冷能利用綜合利用園區(qū)的建設(shè)和推廣，實(shí)現(xiàn)我國冷能利用的綜合和跨越式發(fā)展。同時(shí)，積極進(jìn)行規(guī)劃，綜合考慮各種因素，對用戶、冷能儲備站等進(jìn)行調(diào)查和規(guī)劃，引導(dǎo)冷能利用產(chǎn)業(yè)的科學(xué)化發(fā)展，以最大限度的利用冷能，推動(dòng)冷能利用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，解決當(dāng)前能源利用存在的困難和難題。

與此同時(shí)，發(fā)展天然氣冷能技術(shù)應(yīng)用的企業(yè)應(yīng)注意抓住政策支持，借助政策優(yōu)勢和有利的社會(huì)環(huán)境，積極開展天然氣冷能有效利用的技術(shù)的研究開發(fā)，以促進(jìn)LNG冷能的利用。由于當(dāng)前天然氣冷能利用的途徑相對單一，無法充分利用大量的LNG冷能。為了提高冷能利用的長遠(yuǎn)發(fā)展，不能進(jìn)行盲目地開發(fā)和利用，必須進(jìn)行開展可利用LNG冷能技術(shù)新領(lǐng)域的開發(fā)和研究，增強(qiáng)我國天然氣冷能利用的使用范圍和發(fā)展后勁，只有不斷發(fā)展創(chuàng)新、高附加值的LNG冷能技術(shù)，才能促進(jìn)冷能產(chǎn)業(yè)更好的發(fā)展。

眾所周知，液化天然氣不僅是重要的燃料和化學(xué)原料，而且還含有大量的冷能。隨著國際油價(jià)的不斷上漲以及能源和電力成本的大幅上漲，液化天然氣冷能的利用已引起越來越多的關(guān)注。同時(shí)，伴隨我國追求生態(tài)環(huán)境效益和綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的環(huán)境下，大力推行冷能技術(shù)利用也是符合我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展長期規(guī)劃的目標(biāo)的，符合國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展長遠(yuǎn)規(guī)劃，如果能夠合理利用這一契機(jī)，將會(huì)給我國冷能利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來很大的機(jī)遇。目前，我國的天然氣用量在不斷提升，對天然氣能源的運(yùn)用要求也越來越高。為了解決這一問題，當(dāng)前已經(jīng)在不少城市建立了完善的天然氣冷能利用儲備戰(zhàn)，相關(guān)的機(jī)器設(shè)備質(zhì)量和科技含量也有所提高，已經(jīng)取得了很好的利用效果，具有很強(qiáng)的發(fā)展?jié)撃?。如圖2所示。

4 結(jié)束語

合理利用LNG冷能對社會(huì)發(fā)展具有積極意義。由于技術(shù)限制，巨大的冷能尚未得到充分利用。面對當(dāng)前LNG冷能技術(shù)利用中存在的問題，必須積極應(yīng)對，及時(shí)做好規(guī)劃和創(chuàng)新，繼續(xù)開發(fā)利用冷能新領(lǐng)域，分析利用政府政策，不斷提高LNG效率冷能利用，并積極計(jì)劃實(shí)現(xiàn)LNG冷能技術(shù)的穩(wěn)定利用和利用發(fā)展。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有的各種LNG冷能級聯(lián)利用方案，對天然氣冷能利用進(jìn)行不斷探索，提高當(dāng)前LNG冷能利用效率。但是，冷能利用技術(shù)應(yīng)用方面仍存在不少問題，會(huì)相對限制冷能技術(shù)的利用和發(fā)展情況。因此，應(yīng)對冷能產(chǎn)業(yè)綜合考量，在大力開展LNG冷能綜合利用研究的同時(shí)，應(yīng)更多地考慮如何推進(jìn)冷能利用的實(shí)效性，如何安排LNG冷能利用的規(guī)模化發(fā)展以及安全性和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞光燦，李琦芬，宋麗斐，等.LNG冷能利用方式分類及其工藝流程[J].油氣儲運(yùn)，2019，38（7）：728-737.

[2] 季英波.液化天然氣冷能利用[A].中國土木工程學(xué)會(huì)燃?xì)夥謺?huì).中國燃?xì)膺\(yùn)營與安全研討會(huì)（第九屆）暨中國土木工程學(xué)會(huì)燃?xì)夥謺?huì)2018年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（上）[C].中國土木工程學(xué)會(huì)燃?xì)夥謺?huì)：《煤氣與熱力》雜志社有限公司，2018.

[3] 郭浩.液化天然氣的冷能利用技術(shù)探析[A].中國土木工程學(xué)會(huì)燃?xì)夥謺?huì).2017中國燃?xì)膺\(yùn)營與安全研討會(huì)論文集[C].中國土木工程學(xué)會(huì)燃?xì)夥謺?huì)：《煤氣與熱力》雜志社有限公司，2017.

[4] 吳小華，蔡磊，李庭宇，等.LNG冷能利用技術(shù)的最新進(jìn)展[J].油氣儲運(yùn)，2017，36（6）：624-635.

[5] 許峰杰，徐建，王丹.LNG冷能價(jià)值與工業(yè)利用技術(shù)[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2017，43（3）：171-172.

[6] 丁乙，朱建魯，王雨帆，等.LNG冷能利用工藝技術(shù)研究[J].天然氣與石油，2016，34（5）：25-29，34.

[7] 華賁，熊永強(qiáng).中國LNG冷能利用的進(jìn)展和展望[J].天然氣工業(yè)，2009（5）：107-111.

[8] 李靜，李志紅，華賁，等.LNG冷能利用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].天然氣工業(yè)，2005（5）：103-105.

[9] 王坤，顧安忠，魯雪生，等.LNG冷能利用技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析[J].天然氣工業(yè)，2004，24（7）：122-125.

[10] 華賁，熊永強(qiáng).中國LNG冷能利用的進(jìn)展和展望[J].天然氣工業(yè)，2009（10）：55-56.